發(fā)布時(shí)間：2017-03-18 15:06

  本文關(guān)鍵詞：基于FPGA的微型光譜儀探測系統(tǒng)的研制，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】： 光譜儀器是進(jìn)行光譜研究和物質(zhì)的光譜分析的裝置,其應(yīng)用范圍幾乎覆蓋了所有的科學(xué)領(lǐng)域,包括醫(yī)藥、化學(xué)、地質(zhì)學(xué)、物理及天文學(xué)等。近年來,隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,微小型光譜儀已成為世界各國的研究熱點(diǎn),是光譜儀發(fā)展的重要趨勢。光譜探測系統(tǒng)是微型光譜儀的重要組成部分,是光譜儀微小型化的關(guān)鍵技術(shù)之一。 本文主要對微型光譜儀的探測系統(tǒng)進(jìn)行研究,設(shè)計(jì)并制作了光譜數(shù)據(jù)采集、處理及傳輸系統(tǒng)。為在獲得高分辨率的同時(shí),探測系統(tǒng)單次能檢測到較寬的光譜范圍,選擇7500像素的線陣CCD作為探測器件。采用模擬前端芯片AD9822對CCD輸出信號進(jìn)行相關(guān)雙采樣、可編程放大及模數(shù)轉(zhuǎn)換等處理,轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號暫時(shí)儲存在FPGA中,經(jīng)處理后通過USB總線傳送到計(jì)算機(jī),由應(yīng)用軟件完成光譜數(shù)據(jù)進(jìn)一步的分析、處理和顯示。FPGA為整個(gè)系統(tǒng)的核心,主要功能有:CCD驅(qū)動時(shí)序、AD9822采樣時(shí)序和控制接口時(shí)序的產(chǎn)生以及USB通訊控制;12位采樣數(shù)據(jù)的存儲以及多次測量的累加平均、Savitzky-Golay平滑濾波等預(yù)處理,減少了USB通訊量,提高了系統(tǒng)信噪比;CCD曝光時(shí)間及可編程放大器增益大小的自適應(yīng)調(diào)節(jié),能根據(jù)待測光源將信號幅值調(diào)整到合適范圍,并扣除CCD暗電平,提高了系統(tǒng)動態(tài)范圍;指令接收,應(yīng)用程序能控制探測系統(tǒng)的運(yùn)行及參數(shù),增加了系統(tǒng)的靈活性。 采用Protel DXP完成了系統(tǒng)的原理圖和PCB設(shè)計(jì),利用Quartus、Modelsim和Synplify軟件設(shè)計(jì)、仿真并實(shí)現(xiàn)了各邏輯模塊。使用示波器及嵌入式邏輯分析儀對制作的探測系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試,各模塊均能正常工作。結(jié)合光學(xué)平臺和應(yīng)用軟件的測試表明,探測系統(tǒng)能清晰分辨鈉光譜的雙黃線,成功地完成光譜數(shù)據(jù)的采集、處理及傳輸。
【關(guān)鍵詞】：微型光譜儀 FPGA 線陣CCD USB 相關(guān)雙采樣 自適應(yīng)調(diào)節(jié) 平滑濾波
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類號】：TH744.1
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-17
• 1.1 課題研究背景10
• 1.2 微型光譜儀國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀10-12
• 1.3 光譜探測系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀12-15
• 1.4 本文的研究意義和主要工作15-17
• 1.4.1 研究意義15
• 1.4.2 本論文主要內(nèi)容15-17
• 第2章 微型光譜儀的光學(xué)系統(tǒng)17-22
• 2.1 光譜儀基本原理17-19
• 2.1.1 色散元件及分光原理18
• 2.1.2 光譜儀的性能參數(shù)18-19
• 2.2 微型光譜儀光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)19-22
• 第3章 探測系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)22-40
• 3.1 探測系統(tǒng)的整體框架22-24
• 3.1.1 控制器的選擇22-23
• 3.1.2 系統(tǒng)框架的提出23-24
• 3.2 CCD 驅(qū)動電路設(shè)計(jì)24-29
• 3.2.1 CCD 工作原理分析24-26
• 3.2.2 線陣CCD TCD1703C26-28
• 3.2.3 CCD 驅(qū)動電路設(shè)計(jì)28-29
• 3.3 CCD 模擬信號處理電路設(shè)計(jì)29-32
• 3.3.1 CCD 輸出信號特性及處理的分析29-30
• 3.3.2 模擬前端AD9822 及應(yīng)用設(shè)計(jì)30-32
• 3.4 USB 總線接口設(shè)計(jì)32-35
• 3.4.1 USB 總線接口芯片選擇32-34
• 3.4.2 USB 通訊電路設(shè)計(jì)34-35
• 3.5 FPGA 電路設(shè)計(jì)35-37
• 3.5.1 FPGA 配置電路設(shè)計(jì)35-36
• 3.5.2 FPGA 時(shí)鐘及電源設(shè)計(jì)36-37
• 3.6 電源模塊設(shè)計(jì)37-38
• 3.7 PCB 設(shè)計(jì)38-40
• 第4章 探測系統(tǒng)的邏輯設(shè)計(jì)40-65
• 4.1 開發(fā)工具及模塊劃分40-43
• 4.1.1 FPGA 開發(fā)工具簡介40-41
• 4.1.2 模塊劃分41-43
• 4.2 驅(qū)動模塊設(shè)計(jì)43-47
• 4.2.1 CCD 驅(qū)動時(shí)序設(shè)計(jì)43-45
• 4.2.2 采樣時(shí)序設(shè)計(jì)45-47
• 4.3 模擬前端控制接口設(shè)計(jì)47-50
• 4.3.1 接口讀寫時(shí)序設(shè)計(jì)48-50
• 4.3.2 模擬前端狀態(tài)更新50
• 4.4 數(shù)據(jù)存儲和處理模塊設(shè)計(jì)50-55
• 4.4.1 數(shù)據(jù)存儲和累加的設(shè)計(jì)51-52
• 4.4.2 Savitzky-Golay 平滑濾波器的設(shè)計(jì)52-54
• 4.4.3 處理后的數(shù)據(jù)輸出操作54-55
• 4.5 USB 通訊模塊設(shè)計(jì)55-59
• 4.5.1 CH375 的讀寫時(shí)序設(shè)計(jì)及命令碼55-56
• 4.5.2 CH375 初始化設(shè)計(jì)56-57
• 4.5.3 數(shù)據(jù)接收和傳送的設(shè)計(jì)57-59
• 4.6 控制模塊設(shè)計(jì)59-64
• 4.6.1 自適應(yīng)調(diào)節(jié)模塊的設(shè)計(jì)59-62
• 4.6.2 數(shù)據(jù)上傳控制62-63
• 4.6.3 接收上位機(jī)指令63-64
• 4.7 邏輯實(shí)現(xiàn)64-65
• 第5章 微型光譜儀的應(yīng)用程序及系統(tǒng)調(diào)試65-72
• 5.1 應(yīng)用程序65-66
• 5.1.1 應(yīng)用程序開發(fā)65-66
• 5.1.2 波長標(biāo)定66
• 5.2 系統(tǒng)調(diào)試66-72
• 5.2.1 調(diào)試工具66-68
• 5.2.2 調(diào)試過程及結(jié)果68-72
• 結(jié)論72-74
• 參考文獻(xiàn)74-77
• 致謝77-78
• 附錄A 攻讀學(xué)位期間所發(fā)表的學(xué)術(shù)論文78-79
• 附錄B 探測系統(tǒng)的實(shí)物圖79-80
• 附錄C 平滑濾波代碼80-83
• 附錄D 頂層模塊綜合結(jié)果83

【引證文獻(xiàn)】

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前5條

1 郝健;基于FPGA和ARM的實(shí)時(shí)紅外光譜分析儀關(guān)鍵技術(shù)研究[D];中北大學(xué);2012年

2 魏旭可;基于STM32單片機(jī)的光譜儀數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)[D];中國海洋大學(xué);2012年

3 陳偉軍;基于NiosⅡ的傅里葉光譜儀信號采集處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[D];重慶大學(xué);2012年

4 徐正安;基于FPGA的線陣CCD測量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[D];重慶大學(xué);2012年

5 韓丹翱;基于處理器與CPLD架構(gòu)的線陣CCD信號采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D];吉林大學(xué);2013年

  本文關(guān)鍵詞：基于FPGA的微型光譜儀探測系統(tǒng)的研制，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：254617